citiesonwater.com
Pendahuluan
Diagram benda bebas adalah salah satu alat dalam mekanika teknik yang digunakan untuk memudahkan analisis suatu sistem fisika. Dalam mekanika teknik, kita sering kali dihadapkan dengan sistem-sistem yang kompleks dan sulit dipahami. Oleh karena itu, dengan menggambar diagram benda bebas, kita dapat memperjelas hubungan antar benda dan gaya-gaya yang bekerja pada benda tersebut.
1. Definisikan Sistem dan Benda Bebas
Sebelum memulai menggambar diagram benda bebas, tentukan terlebih dahulu sistem dan benda yang akan dianalisis. Sistem adalah suatu kumpulan benda yang saling berinteraksi satu sama lain. Sedangkan benda bebas adalah suatu benda yang dipilih dari dalam sistem dan dipisahkan dari benda-benda lain yang ada dalam sistem.
2. Identifikasi Gaya Eksternal yang Bekerja pada Benda Bebas
Hal selanjutnya yang perlu dilakukan adalah mengidentifikasi gaya-gaya eksternal yang bekerja pada benda bebas. Gaya eksternal adalah gaya yang berasal dari luar sistem. Contohnya adalah gaya gravitasi, gaya gesek, gaya tarik, dan sebagainya.
3. Gambarkan Benda Bebas pada Sistem Koordinat
Setelah mengidentifikasi gaya-gaya eksternal, selanjutnya gambarkan benda bebas pada sistem koordinat. Sistem koordinat ini biasanya diberikan pada soal atau dapat dibuat sendiri. Dalam menggambar diagram benda bebas, pastikan benda bebas digambarkan dengan jelas dan disertai dengan arah gaya-gaya yang bekerja pada benda tersebut.
4. Gambarkan Gaya Eksternal yang Bekerja pada Benda Bebas
Setelah benda bebas digambarkan pada sistem koordinat, selanjutnya gambarkan gaya-gaya eksternal yang bekerja pada benda tersebut. Pastikan setiap gaya digambarkan dengan jelas dan disertai dengan arah dan besarnya gaya. Perhatikan juga arah sumbu x dan y pada sistem koordinat untuk menentukan arah positif dan negatif dari gaya-gaya yang bekerja.
5. Tentukan Kuat Gayanya
Setelah menggambar gaya-gaya eksternal, selanjutnya tentukan kuat gayanya. Kuat gaya biasanya diberikan pada soal atau dapat dihitung menggunakan rumus yang sesuai dengan jenis gaya yang bekerja. Pastikan nilai kuat gaya yang digunakan sudah dalam satuan SI.
6. Analisis Gaya Menurut Sumbu x dan y
Setelah semua gaya digambarkan dan diketahui kuat gayanya, selanjutnya analisis gaya menurut sumbu x dan y. Pada sumbu x, perhatikan apakah terdapat gaya yang searah atau berlawanan arah dengan sumbu x. Begitu juga dengan sumbu y. Jika terdapat gaya yang berlawanan arah, maka gunakan tanda negatif pada gaya tersebut. Lakukan penjumlahan vektor untuk menentukan resultan gaya pada sumbu x dan y.
7. Tentukan Hasil Akhirnya
Setelah menghitung resultan gaya pada sumbu x dan y, selanjutnya tentukan hasil akhirnya. Jika hasil akhir pada sumbu x dan y sama dengan nol, maka benda bebas berada dalam keadaan seimbang. Namun jika hasil akhir pada sumbu x dan y tidak sama dengan nol, maka benda bebas akan mengalami percepatan.
8. Contoh Soal
Sebagai contoh, misalkan terdapat sebuah benda yang digantung pada tali dan diberi gaya gravitasi sebesar 20 N. Tentukan resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut.
Penyelesaian:
1. Identifikasi sistem dan benda bebasSistem: benda yang digantung pada taliBenda bebas: benda yang digantung pada tali2. Identifikasi gaya eksternalGaya gravitasi3. Gambar benda bebas pada sistem koordinatGambar benda bebas berupa titik pada sistem koordinat4. Gambarkan gaya gravitasi yang bekerja pada benda bebasGambar gaya gravitasi dengan arah ke bawah5. Tentukan kuat gaya gravitasiKuat gaya gravitasi sebesar 20 N6. Analisis gaya menurut sumbu x dan yTidak terdapat gaya pada sumbu x karena gaya gravitasi hanya bekerja pada sumbu y. Jadi, resultan gaya pada sumbu y adalah 20 N.7. Tentukan hasil akhirHasil akhir pada sumbu y tidak sama dengan nol, sehingga benda bebas akan mengalami percepatan.
Kesimpulan
Menggambar diagram benda bebas adalah teknik yang sangat penting dalam mekanika teknik. Dengan menggambar diagram benda bebas, kita dapat memudahkan analisis suatu sistem fisika yang kompleks menjadi lebih mudah dipahami. Langkah-langkah yang harus dilakukan adalah menentukan sistem dan benda bebas, mengidentifikasi gaya eksternal, menggambar benda bebas pada sistem koordinat, menggambar gaya eksternal yang bekerja pada benda bebas, menentukan kuat gaya, dan menghitung resultan gaya pada sumbu x dan y.
FAQ
1. Apa itu diagram benda bebas?
Diagram benda bebas adalah alat dalam mekanika teknik yang digunakan untuk memudahkan analisis suatu sistem fisika dengan menggambar benda bebas yang dipisahkan dari benda-benda lain dalam sistem.
2. Mengapa perlu menggambar diagram benda bebas?
Menggambar diagram benda bebas memudahkan analisis suatu sistem fisika yang kompleks menjadi lebih mudah dipahami.
3. Apa saja langkah-langkah dalam menggambar diagram benda bebas?
Langkah-langkah dalam menggambar diagram benda bebas adalah menentukan sistem dan benda bebas, mengidentifikasi gaya eksternal, menggambar benda bebas pada sistem koordinat, menggambar gaya eksternal yang bekerja pada benda bebas, menentukan kuat gaya, dan menghitung resultan gaya pada sumbu x dan y.
4. Apa yang harus diperhatikan dalam menggambar gaya pada benda bebas?
Dalam menggambar gaya pada benda bebas, pastikan setiap gaya digambarkan dengan jelas dan disertai dengan arah dan besarnya gaya. Perhatikan juga arah sumbu x dan y pada sistem koordinat untuk menentukan arah positif dan negatif dari gaya-gaya yang bekerja.
5. Kapan benda bebas dikatakan berada dalam keadaan seimbang?
Benda bebas dikatakan berada dalam keadaan seimbang jika hasil akhir pada sumbu x dan y sama dengan nol.